西门子模块6ES221-1BH22-0XA8原装代理

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1 引言
    信息技术和光机电一体化技术等高新技术的发展有力地促进橡胶工业技术进步。利用高新技术改造传统橡胶工业，生产技术向高新技术发展，是建设橡胶工业强国的必由之路。目前，橡胶工业仍是手工操作比较多的一个产业，特别是轮胎、胶鞋等部件比较多的产品，仅成型就有十几道工序，劳动强度大，生产效率低，严重影响了橡胶工业的发展。工业发达国家都把橡胶产品的成型工序为重点,通过计算机技术、光机电一体化技术和机器人技术，实现自动化生产方面取得了重大发展。

2 连续硫化生产工艺控制
2.1 硫化成型
    硫化成型是橡胶加工的重要工艺。为改善橡胶制品的性能，生产上要对生橡胶进行一系列加工过程，在一定条件下，使胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子，使从而使胶料具备高强度、高弹性、高耐磨、抗腐蚀等等优良性能。这个过程称为橡胶硫化。一般将硫化过程分为四个阶段，诱导－预硫－正硫化－过硫。为实现这一反应，必须外加能量使之达到一定的硫化温度，让橡胶保温在该硫化温度范围内完成全部硫化反应。
2.2连续硫化工艺控制
    （1）微波橡胶硫化设备及生产工艺。带骨架的橡胶制品微波橡胶硫化的基本工艺流程为：从挤出机挤出的成型品通过输送带或辊道传送，进入微波硫化装置，在此处橡胶迅速升温到硫化温度，进入二次硫化的热风槽保温完成该产品的发泡及硫化过程。微波橡胶硫化生产线的组成包括放线设备、挤出机、高温定型设备、微波硫化设备、热风硫化设备、冷却段、牵引机、裁断机、打孔机等组成。
    （2）工艺传动控制。放线设备及放线张力控制后,由预成型辊轮架穿过并加热,被挤塑机挤出的橡胶材料覆盖外套；覆盖了橡胶外套的线材,进入生产线主速牵引装置,经过高温硫化由变频器控制每分钟的生产速度，再经由履带辅助牵引进入后处理阶段；在芯金折断和成型装置,经过张力架检测张力作为张力反馈,速度由主速给定,匀速恒定张力的送线,经计米器控制后切割成型；在整条生产线上,主牵引和辅助牵引控制系统工作在速度方式：包括高温处理，微波硫化，后加热速度串联同步；并且要求各级可以微调并后级同步调整。而钢带放线和成型控制系统工作在恒转矩方式;在速度方式引起的转矩波动被转矩控制系统控制,相互配合以保证速度和张力的恒定。
3 变频器同步传动系统
3.1 同步传动系统原理设计
    在整条生产线上,主牵引和辅助牵引控制系统工作在速度方式：包括高温处理，微波硫化，后加热速度串联同步；并且要求各级可以微调并后级同步调整，速度同步问题解决方案如图1所示。
配置设计：
    3台5.7寸1711STN HITECH海泰克触摸屏；
    1台DVP12SA台达PLC；
    4台VFD007B43A变频器。
    此配置只涉及生产线四台变频器同步。整个生产线控制有三台人机，4台变频器，四台变频器频率控制水线，分成四段控制，项目主要利用台达通讯的便利性，用通讯的方式，随时随地读变频器的频率，只要发现其中一台变频器频率有变化，会根据一定的比例，后续几台变频器跟着变化，以便处理四段速度的同步以控制张力，而三台人机组成主从，安装在每一个工作段,每一台人机的界面做成完全一样，操作的时候，可以在任意一台触摸屏上操作，以方便操作工人的操作。原先客户用过通过人机UP/DOWN的方式进行微调，客户反映不是比较方便，用过台达四路同步控制器，客户此次的要求，需要在人机上设主频、比例的关系，而此次人机经销商选用的是HITECH人机，而其HITECH人机只有两个通讯口，而其通讯口都已被占用，故无法使用同步控制器。

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图1 速度同步问题解决方案

3.2 同步控制要求分析
    四台变频器，当其中一台变频器频率有改动时（通过模拟量改动，或者主频、比例给定）有改动时，那后续的几台变频器就会自动改正频率，以保证同步。当有两台以上变频器频率通过模拟量微调或者通过人机改变比例、主速时，那以前一台为准，后续几台的频率值修改都必须屏蔽掉，例如现场有两个操作工修改第二台、第三台变频器的模拟量进行微调频率，那频率修改值以第二台为基准。
3.3 流水线传动关系设计
（1）变频器频率设置来源：变频器主频（通讯设置）+0——10V模拟量叠加。
（2）变频器的同步关系：台频率值=主速设置（通过人机设定）+台模拟量辅频设置（通过模拟量设定）。
（3）第二台频率值=台频率值＊比例一（通过人机设定）+第二台模拟量辅频设置（通过模拟量设定）。
（4）第三台频率值=第二台频率值＊比例二（通过人机设定）+第三台模拟量辅频设置（通过模拟量设定）
（5）第四台频率值=第三台频率值＊比例三（通过人机设定）+第四台模拟量辅频设置（通过模拟量设定）。
3.4 编程难点
    频率值是主频与模拟量辅频设置，在现场模拟量辅频何时改变是不可知的，编写程序时必须每时每刻都要读频率来了解现场变频器频率值变化，频率读好后还要根据频率变化根据比例计算后，计算出的频率值自动的靠通讯写给相应的变频器。因为是每时每刻的在读频率，频率给定有两个来源，那难点在于何时把写好的比较值，给寄存器，再用此频率值与读的频率比较，当作参考值。原先想运用A/D、D/A模拟量接口信号，这样写程序更简单，因为现场生产流水线过长（有五六十米长），微调的模拟量必须紧靠每一个工位，布线现状困难，在这么长的线路上模拟量会有很大的衰减和干扰，靠通讯的方式会相对比较好一些，故采用完全用通讯的方式来解决客户同步的要求，相对的程序要求编写会比较复杂一些，特别是何时在给比较值参考，怎么样屏蔽后几台频率变化的问题。
3.5 编程思路
    （1）模拟量发生变化时。所有变频器频率读一遍后（d190—d197），频率发生变化（模拟量改变时），并且这种频率变化持续两秒钟，置位m10，且触发m1—m3，计算相应的频率（频率值放至d2000——d2007），开始写频率，写完后，定时100毫秒，又开始读频率，读一遍后，触发m16，把值记下来（D590—d597），又开始周而复始的读频率。
    （2）比例值发生变化时（m100  m101  m102  m103）主速修改时（m100置位），置位m10，先写台变频器频率，写完后，定时100ms置位m17，读一遍频率，触发m18，后根据台读出的实际频率，根据相应的比例值（d550—d555）,再触发m10，再写一遍频率，写完后，定时100ms后，再读一遍频率，读完后频率后触发m16，把值记下来。
    比例修改时（m101  m102  m103置位）修改时，根据读出来的值根据比例计算相应的频率（频率值放至d2000——d2007），开始写频率，写完后，定时100毫秒，又开始读频率，读一遍后，触发m16，把值记下来（D590—d597），又开始周而复始的读频率。
比例值：D550、d552、d554；频率值：D2000、d2002、D2004、d2006。
3.6调试过程遇到的问题与解决
    调试过程中遇到的主要问题是通讯读写过程中，因为读多台变频器参数，写多台变频器，都是在自动读写，为了尽量缩短读写程序的容量，在写程序时，都运用了变量来切换站号，因为台达底层程序的问题，会发生读上来的数据偶尔错位，因为以前都是给通讯要求不是很高的场合作通讯，数据瞬间错位，对设备没有影响，它不是经常出现，一般都是隔几个小时才会出现错位且瞬间马上复位，在要求不高的现场一般都不太会注意。
    这次因为几台变频器一直在读，读好后通过比较如有发现频率有改变，就马上要把频率计算出来以后，自动写给其他变频器，以保持同步，故它是不容有读错的情况，否则马上就会飞车，出现无法运行的情况。故在连续试验后，发现通讯读写时，程序一定得加上通讯读上来后把区分数据存起来，必须加上通讯回复过来的数据为条件（要把D1070、D1071都用上）。

4 结束语
    同步传动是机械化流水生产线的基础性技术。进入变频器传动时代以来，同步传动问题日益成为典型的变频器应用技术。本项目项目通过调试满足橡胶加工关键工艺过程的自动化要求，显示了台达机电产品在推进橡胶工业技术进步工程领域的工程能力。

1 引言

　　EPS（Emergency Power Supply）是应急电源的英文字头缩写。EPS广泛应用于工业与民用建筑等发生突然的断电事故会给正常的生产、生活造成重大的经济损失的重要供电负荷,是现代建筑安全保障设施的重要组成部分。EPS一般情况是作为消防或生产在紧急情况下使用的后备支援电源。例如在高层建筑、商场、医院、轨道交通、地下商场等地方人员多、出口少、自然光源有限,一旦出现火灾或电网受到破坏的时候,光源消失一片漆黑,人多出口少,带来的后果将不堪设想。消防队伍会因为缺少电源供应而无法施展灾害救助工作,如此更加重了灾害的程度。可见EPS对现代社会的安全发挥越来越重要的作用，是“城市生命线系统”的守护神。

　　目前EPS采用的控制方式和控制手段不同，针对EPS所带的负载可以归纳三种：一是主要用于应急照明和事故照明的EPS;二是除了应急照明、事故照明之外，还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等混合负载的三相系列EPS;三是直接给电动机供电的变频系列EPS。本文介绍的是全面的混合负载三相系列EPS供电。

2 基于台达变频器的EPS系统

　　台达EPS解决方案主要利用变频器担当了消防系统风机水泵卷帘门的逆变交流电机驱动功能。台达EPS客制化专用变频器能够真正的实现共直流母线的连接，从而不仅能够应用于EPS行业，也可以应用于化纤、玻璃制造行业中。台达专用变频器和同步卡配套使用，可以实现输入输出相位相同，从而满足了特殊场合的应用。针对EPS行业电机驱动的特殊性，台达变频器主要增加自动转矩补偿、转矩补偿限制、异常再启动等参数，来满足特殊行业需求。与变频器相配套的EPS充电模块为客户降低的成本，减少了沉重的变压器，降低了运输费用。

　　2.1 EPS专用机的整体概述

　　台达EPS专用机的一个主要特点就是能够实现共直流母线，从而扩展了EPS专用机的应用领域。内部的接触器和软启动电路的直流化满足了EPS专用机的电池直接启动的需求。台达EPS专用变频器通过搭配适当低通滤波器和变压器，能够构成可靠性很高的混合性负载专用逆变器。并且保证逆变器的输出电压稳定性和波形平滑性。台达EPS应急电源专用变频器要满足EPS行业的绝大部分场合的应用，是EPS厂家的一款的专用性变频器。

　　2.2 台达EPS专用机的功能特色

　　（1）变频器的辅助电源、软启动电路接触器都是采用了直流化，可以完全实现直接直流供电。

　　（2）超强的硬件和软件保护功能，保证了变频器可靠性。

　　（3）内含多种调制方式，从而能够适用多种变压器，从而保证了输出端电压波形更接近于正弦波。

　　（4）台达EPS专用变频器有AC380V，AC220V两种规格，功率范围从0-220KW，可以满足客户的不同场合的需求。

　　（5）同步卡的采用保证了输入输出相位的相同。

　　2.3 台达EPS专用变频器应用设计

　　（1）电原理设计。交流直流双供电EPS原理如图1所示。直流单供电EPS原理如图2所示。

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图1 交流直流双供电EPS原理

图2 直流单供电EPS原理

　　（2）控制端子的定义说明

　
　　2.4 台达EPS变频器特殊参数参数设计

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3 结束语

　　台达EPS专用变频器真正的实现了客制化服务，完全根据EPS行业的技术特点而开发，满足了EPS行业客户的需求。台达变频器以其严格品质管理和较高的性价比受到了用户的好评。通过台达严格的品质管理，优良的性能以及强大的技术支援能力真正实现了客制化服务

抓斗的所有电机都采用转子串电阻的方法启动和调速。在抓斗的使用过程中存在以下问题：
（1）由于采用转子串电阻的方法调速，机械振动大，行车不稳定，定位困难，抓斗摆动严重，容易造成机械设备的损坏。转速随负荷变化，调速效果差，所串电阻因长期发热而使电能消耗较大，效率较低。
（2）抓斗的电机采用绕线电机，经常发生碳刷磨损严重、电机及转子绕线过热，造成维护量大。操作员在抓斗定位时，经常打反车，使电机产生过载现象，影响电机的使用寿命。
（3）由于抓取搬运工作的距离较近，电机处于频繁启动及变速状态，控制电机的时间继电器和交流接触器处于频繁动作状态，电气元件容易损坏。
（4）在抓取原煤后提升时，难以保证升降绳与开闭绳均匀受力，严重影响钢丝绳的使用寿命。
交流变频器调速已广泛应用到许多领域，而PLC可以实现输入、输出信号的数字化，利用编程能实现多种功能，由二者配合构成的数字控制系统，可大大改善原有的控制系统的功能，也可以解决桥式抓斗故障率高的问题。

2 改造方案
2.1 采用PLC进行系统控制
将抓斗外围电控设备输入信号接入PLC的I/O模块，根据抓斗实际工况对PLC进行合理编程。控制原理图如图1所示。

（1）PLC具有闭锁启动功能，司机在启动设备前必须把主令控制器全部切至零位和桥抓的进出门的门限开关到位，才能接通主电源。操作主令开关上有状态指示灯，通过指示灯的闪烁频率来显示各种故障状态。
（2）抓斗提升和开闭操作有钢丝绳高限位保护，大车、小车有行程开关保护，各个设备的保护动作只影响设备本身的动作。
（3）所有的变频器的故障信号都接入PLC，大车的两个变频器中有一个有故障信号，大车就不能动作。其它的变频器出现故障只影响设备本身的动作。
（4）抓斗提升与下降、闭合和开启以及小车前行和后退、大车左行和右行有操作互锁。
（5）大车、小车速度的档位切换，可实现平稳切换。
（6）禁止司机利用打反车来对大车和小车进行定位。
（7）实现提升绳和开闭绳的自动追速功能。
2.2 电机的改造 
用变频器调速替代原有的串电阻调速方式,电机可改为鼠笼电机,取消原有串电阻调速的外围电路的时间继电器与交流接触器。大车的两台电机用11kW的鼠笼电机，小车的电机用3.7kW鼠笼电机，开闭和升降电机都用30kW的鼠笼电机。
2.3 变频器的应用
变频器启动电机为软启动，大车的两台行走电机可通过变频器将两台电机传动做电气的联锁互动，可将其在电气控制上设计成主从控制,从而使大车运行振动减小，运行平稳，定位准确，在开闭和升降的控制变频器的程序里设置。当变频器的输出力矩达到设定值时，机械抱闸方可打开。在抓斗运行的过程中，开闭变频器或升降变频器出现故障，机械抱闸会抱死，抓斗不会溜钩；在桥抓的总电源停电时，机械抱闸也会抱死。
2.4 电气制动
液压抱闸系统在改造时将与变频器进行电气联锁。即只有变频器有大转矩输出时，液压抱闸才能松开。当变频器没有转矩输出时，液压抱闸合闸，锁死机械装置。所使用的变频器在电机制动时，会出现电机处于再发电运行状态，变频器就需制动电阻耗散这部份能量，使电机的制动能力提高。

3 系统配置及选型
3.1 变频器的选择
（1） 变频器容量的选定
变频器容量的选定一般要满足表1所列的要求。

式中: PM —负载要求的电动机轴输出，kVA;
VN —额定输出电压V;
IN —额定输出电流A; 
η —电机效率（约0.85）;
k —电流波形补偿系数（约1.05～1.1）;
—电机的功率因素。
选用的变频器的容量要比电机的额定容量大一档。
（2） 提升和开闭变频器选用专门用于起重的变频器
（3） 过载能力为额定电流的150%，持续60s
根据表1选用的ABB变频器如表2所示：

3.2 PLC的选择
（1）基于桥式抓斗工作环境粉尘多以及在运行过程中振动大，PLC的防护等级要高，一般达到IP67;
（2）有数字量输入通道和模拟量输入通道。模拟量输入通道用于对电流信号的处理,选用西门子的LOGO230R。
3.3 制动电阻容量的选择
制动电阻用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。
（1）制动电阻RB的阻值
一般情况下，RB的大小要使制动电流不超过变频器额定电流的一半为宜，即
RB≥2UD/IN （1）
UD—变频器的直流回路电压V;
IN—变频器的额定电流A;
（2）制动电阻的功率PB
PB≥UD2/RB （2）
（3）制动电阻的选取
根据式（1）和（2），选择的制动电阻如表3所示

备注：有两台大车变频器，每台变频器用两个电阻。提升、开闭和大车变频器的电阻使用并联的接法。
（4）制动电机的阻值及其容量，也可以选择厂家提供的与变频容量相匹配的放电部件。

4 PLC和变频器组态时要考虑的问题
（1）桥抓司机在卸煤时，为了赶快完成任务，经常利用打反车来对小车和大车实行定位，这种做法会缩短大、小车控制电机的寿命和加大传动机械的磨损。为了杜绝桥抓司机的这种做法，在PLC编程时，在大、小车的操作指令中加入0.2s的延时，这样就可以使打反车不起作用。
（2）抓斗开闭、升降防溜钩。利用变频器本身具有的功能通过合理的设置使其达到抓斗开闭、升降防溜钩的要求。
通过设定变频器的输出力矩达到大输出力矩的20%（可以根据实际情况来设定）时，机械抱闸才能打开。
（3）自动追速功能。抓斗在抓取物料后提升时，往往只有开闭钢丝绳受力，容易使其损坏，这是要求提升钢丝绳在快的时间里与开闭钢丝绳一起受力。为达到这个要求，在PLC程序里设计一段小程序，其原理如图2所示。

当提升电机电流AI1小于开闭电机电流AI2的95%（这个值可根据现场的实际情况作适当的修改）时，模拟量比较模块就发出信号“1”，如果这时提升、闭合信号存在，PLC发出提升750r/min的信号到提升变频器，而开闭变频器得到的信号是700r/min，从而达到追速的作用。当提升与开闭电机的出力平衡时，提升电机的转速就切换回700r/min，与开闭电机的转速一样。

5 结束语
（1）由于用鼠笼电机取代了绕线电机，消除了电刷和滑环经常出的故障。
（2）采用变频调速后，电机可以在基本停住的情况下进行抱闸，闸皮的磨损情况将大为改善。
（3）控制系统的故障率低。原控制系统是由复杂的接触器、继电器系统进行控制，故障率高，采用PLC和变频器调速系统后，控制系统简化，可靠性大为提高。
（4）节能效果好。绕线电机在低速运行时，转子回路的外接电阻消耗大量的电能，采用变频调速系统后，可以节约外接电阻消耗的大量电能。
（5）调速质量明显提高。采用了变频调速系统后，调速精度可达1%，且调速平稳。